真空とは何か2

真空は私たちの生活にどれほど役立つか

真空とは、言葉どおりに解釈すれば｢真に空である｣ということにな
る。まさに何にもない空っぽの空間ということであろう。しかし私
たちの身の回りには案外｢真空｣という言葉が多用されている。真空
パック、真空ポット、真空鍋、真空容器などなど。これらの指し示
す｢真空｣が字義どおりではないことを私たちはよく知っている。

実はＪＩＳ(日本工業規格)の定義において真空は「大気圧より低い
圧力の気体で満たされている特定の空間の状態」とされている。も
う少し分かりやすくいえば「大気圧より減圧された状態」といって
もいいだろう。特に何気圧以下を真空と呼ぶということはない。

例えば味噌汁椀の蓋が取れなくなって困ることがある。これは蓋を
した椀の中を満たしていた水蒸気が冷えて縮み、内部の空気が減圧
された状態になったためだが、こうした状態も我々は「中が真空に
なった」とごく自然にいっている。

真空パックは袋の中から空気を抜き去って減圧しているのだし、そ
の他も同様である。時には、減圧して他のガスを詰め込むこともあ
る。これらはいわば「擬似真空」といっていいかもしれない。では
なぜ「擬似真空」を利用しようとするのだろうか。

実は減圧することによってさまざまな効果が得られるからだ。それ
は日常生活用品に限らない。工業生産の場でも実に数多くこの「擬
似真空」が用いられている。大急ぎで断っておくがここでいう「擬
似真空」とは、論を進めるためのこの場の造語である。一般に用い
られる用語ではない。

では真空の性質とはどういうものなのだろうか。真空の度合いを大
きくしていくと、その度合いにしたがって真空に向かう空間には順
次以下のようなさまざまな性質が生まれる。

圧力の減少→酸化の遅れ→蒸発散失の促進→気体分子相互衝突の希
少化→気体不純物の希少化→空間及び内壁面における不純物の排除
といった具合である。

真空パックは酸素を遮断することによってパック内の食品等が酸化
することを防ぐ性質を利用している。気体分子間相互衝突の希少化
とは、大気分子がまばらになり分子間の衝突が減って熱伝達が悪く
なるような性質であり、真空ポット、真空鍋、魔法瓶などの保温器
はこの性質を利用している。しかし現代工業社会において真空利用
はこれだけにとどまらない。

生活の隅々にいたるまで私たちの身の周りには「真空技術」と呼ば
れるものに支えられて出来上がったものが実に数多くある。その実
態を少し眺めてみよう。

まず真空蒸着である。例えば寒い日にラーメンなどをすすると昇っ
てくる湯気で眼鏡が曇ることがある。真空蒸着はこのイメージで考
えるとわかりやすい。蒸発させた分子の中へ一般的に基板と呼ばれ
る「蒸着させたいもの」を入れ、その表面に膜を形成させるのだ。

これをあえて真空内で行うのは、加熱されて蒸発した材料が、大気
の分子によって基板到達を妨げられるのを防ぐためだ。これも気体
分子間相互衝突の希少化である。真空蒸着では、湿気防止のための
スナック菓子袋内面に対するアルミ蒸着、ＣＤなどの反射膜等が身
近に見えやすいものといえる。

さらにはメッキ液を用いない乾式メッキによる食器や装飾品などの
メッキ加工にも用いられる。メッキ液を用いない真空メッキは液の
廃棄処理問題をクリアする環境技術だともいわれている。

この真空蒸着の原理は単に金属蒸着だけではなく、非金属を真空内
の反応ガス内イオンによって蒸着させて成膜を行うこともできる。
これを真空成膜というが、眼鏡やカメラレンズの反射防止膜及びＵ
Ｖカット膜などの成膜もやはり同様の手法による。

身近といえば、携帯電話やパソコンをはじめとする電子機器、さら
には随所に半導体チップを搭載してその用途の便利性を高めている
さまざまな家電製品や自動車においてもまた真空技術は大きな力を
発揮する。そこに用いられているLSIや超LSIのチップ配線における
絶縁膜、アルミニウム・シリコン合金の蒸着、半導体表面配線のた
めの成膜などには真空技術を欠かすことはできない。

こうしたものはすべて真空成膜によるからだ。と同時に、超高純度
シリコンの製造においても超真空が必要とされる。空間及び内壁面
における不純物の排除という性質が用いられるのだ。同様に、マイ
クロメーターやオングストロームという単位の微小製造が求められ
る半導体製造においては、物質表面の気体分子ひとつにも着目しな
ければならなくなるために完璧な清浄空間が求められる。これを作
り出すためには超高真空技術がどうしても欠かすことはできない。

[3]へ続く